某地区电网规划及发电厂电气部分设计

编号 1151401127 毕业设计 （ 2015 届本科）题 目：某地区电网规划及发电厂电气部分设计学 院： 物 理 与 机 电 工 程 学 院 专 业： 电 气 工 程 及 其 自 动 化 作者姓名： 谭 小 峰 指导教师： 王 学 志 职称： 副 教 授 完成日期： 2015 年 5 月 15 日二 一 五 年 五 月目 录河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告摘 要1Abstract2第一章 绪论31.1电力系统概述31.2毕业设计的主要内容及基本思想31.2.1.设计的主要内容、功能及技术指标31.2.2毕业设计的基本思想及设计工作步骤5第二章 新建火电厂发电机、主变压器及电气主接线的确定72.1电厂发电机、变压器的选择72.1.1火电厂发电机的选型72.1.2水电厂发电机的选型72.2变压器的选型82.2.1容量计算及变压器选型82.3新建火电厂电气主接线的确定102.3.1电气主接线的重要性102.3.2电气主接线的主要要求102.3.3主接线的设计112.3.4主接线的确定14第三章 地区电网接线方案的确定153.1通过技术经济指标比较确定地区电网接线方案153.2地区接线方案的计算153.2.1地区电网接线方案1的功率平衡计算153.2.2地区电网接线方案1的架空线路导线型号初选183.2.3地区电网接线方案1的导线截面积校验203.3地区电网接线方案的潮流计算213.3.1地区电网接线方案1的潮流计算213.3.2地区接线方案1的总投资和年运行费用263.3.3地区接线方案2的计算283.3.4地区接线方案2的局部环网潮流计算283.3.5地区接线方案2的总投资和年运行费用323.4通过技术比较确定最佳方案34第四章 优选方案的短路电流计算354.1概述354.1.1短路的原因及后果354.1.2短路计算的目的和简化假设364.2各系统短路电流的计算364.2.1短路计算的基本假定和计算方法364.2.2电抗图及电抗计算374.3短路点的选择384.4短路电流以及冲击电流的计算394.4.1 k1点（110kV母线）短路电流计算394.4.2 k1点短路各电源供给的短路电流汇总表414.4.3 k2点（35kV母线）短路电流计算424.4.4 k2点短路各电源供给的短路电流汇总表454.4.5 k3点（10kV母线）短路电流计算454.4.6 k3点短路各电源供给的短路电流汇总表484.4.7各短路点短路电流汇总表49第五章 火电厂一次设备的选择505.1选择电气一次设备遵循的条件505.1.1按正常工作条件选择505.1.2按短路条件进行校验525.2电气设备的选择535.2.1系统各个回路的最大工作电流535.2.2高压断路器的选择545.2.3高压隔离开关的选择575.2.4互感器的选择595.2.5导线及电缆的选择与校验61第六章 继电保护656.1发电机的保护666.1.1发电机纵差动保护666.1.2发电机的横差动保护676.2变压器的保护686.2.1变压器主保护设计686.3母线的保护696.3.1装设母线保护的几种情况696.3.2目前国内110kV及其以上母线保护装置的原理706.4防直击雷的保护706.4.1直击雷的保护范围706.4.2直击雷的保护措施70结 论72参考文献73致 谢74附录175附录277附录377河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表河西学院物理与机电工程学院指导教师指导毕业论文情况登记表河西学院毕业论文（设计）指导教师评审表河西学院本科生毕业论文（设计）答辩记录表V河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 二O 年 月 日河西学院本科生毕业论文（设计）开题报告论文题目某 地 区 电 网 规 划 及 XX发 电 厂 电 气 部 分 设 计学生姓名谭 小 峰所属学院物理与机电工程学院专业电气工程及其自动化年级2011级指导教师王 学 志所在单位物理与机电工程学院职称副 教 授开题日期2014年11月17日1课题研究背景、意义 本课题来源于生产实践，与其研究的内容以及配网的研究水平不仅与我们的生活息息相关，还对我们的生活和生产起着至关重要的影响。 电力资源是支持国民经济发展不可或缺的一种宝贵能源,电能的生产、传输、储存高效、洁净，它在现代工农业生产、人们日常生活及社会各个领域中已获得了广泛应用。电力是国民经济的血液，是保障我国社会主义现代化建设的骨干。它与广大人民群众的日常生活及整个社会的生存发展息息相关。随着经济的快速发展、科技水平的不断进步，对电力的需求和要求也必然日益提高。地区电网与发电厂规划设计是城市用电网建设中较为关键的技术环节。因此，搞好地区电网与发电厂之间的设计、建设和改造是我国电力建设的重点内容。 随着高新技术的发展和应用，对电能质量和供电可靠提出了新的要求，高压、超高压变电站的设计和运行系统必须适应这种新形势，因此，改善电网结构，提高供电能力与可靠性以及综合自动化程度，以满足日益增长的社会需求是电力企业的首要目标。变电所是联系发电厂和用户的中间环节，一般安装有变压器及其控制和保护装置，起着变换和分配电能的作用。为了保证在送变电过程中的供电可靠性，首先要满足的就是变电所的设计规范。进入21世纪后，我国电力仍将以较高的速度和更大的规模发展，电源和电网建设的任务仍很重。做为发电厂和用户的中间环节，变换和分配电能的重要组成部分，将面临电力体制改革和技术创新能力的双重挑战，如何合理的设计一个变电所，使之在技术上、管理上适应电力市场化体制和竞争需要，促使电网互联范围的不断扩大，是这次设计的主要目的。电力工业是国民经济发展的基础工业。随着经济建设的发展，发电设备的容量也在向应增大。为了更好的保证安全运行，经济运行，并保证电能质量，电力系统运行越来越依靠自动控制的提高。 电力系统中同步发电机保有在同步运行状态下，其送出的电磁功率为定值同时在电力系统中各节点的电压及支路功率潮流也都是定值，这就是电力系统的稳定运行状态。反之，如果电力系统中各发电机间不能保持同步，则发电机送出的电磁功率和全系统各节点的电压及支路的功率将发生很大幅度的波动。如果不能使电力系统中各发电机间恢复同步运行，电力系统将持续处于失步运行状态，即电力系统失去稳定状态。保证电力系统稳定是电力系统正常运行的必要条件。只有保持电力系统稳定的条件下，电力系统才能不间断的向各类用户提供合乎质量要求的电能。 通过此次设计能对四年来所学的知识进一步巩固和加强，并得到了实际工作经验。设计中查阅了大量的相关资料，努力做到有据可循。在设计中逐步掌握了查阅，运用资料的能力，培养学生正确的设计思想和思维方法、严谨的科学态度和独立的工作能力，培养学生综合运用所学理论知识和基本技能分析与解决工程实际问题的能力，初步具有从事科学研究的能力。 2.设计相关技术的发展现状作为我国基础产业的电网事业是国民经济的重要构成部分。随着社会的进步，电网事业也得到了很大程度的进步。随着我国电力工业的发展和电网事业的进步，电网也日益方便了我们的生活，提高了我国居民的生活质量。我们对于电力的涉及，需要对于资源进行合理的使用，需要对于城市电网进行科学的规划，最终实现城市电网安全、平稳、健康、合理的发展,使得电网整体的供电水平得到最大限度提高，进而更好的为方便居民生活和经济发展做贡献。目前使得电网更好的满足经济高速发展的供电要求，同时使其将对供电保障和电网运行的决定和指导作用更好的发挥出来就是城市电网规划设计的主要目标。城市电网规划设计的长远目标应该基于城市建设规划设计，进而制定出科学合理的规划设计指标，实现城市电网规划设计和城市环境相协调，使得整个电网处于安全、稳忠可靠、经济以及环保的运行状态中，不断提高电网的供电能力，使其更好的满足城市不断发展的用电需求。想要实现对城市电网规划设计的长远日标,就需要根据城市的发展情况，做好长远的规划和设计，随着城市发展要根据实际情况作必要的调整和修改，已完成最优的设计，为电网的安全可靠运行提供有力的保障。目前应用较多的电网建设模式为典型设计模式和通用设计模式。典型设计方案主要包括初步设计阶段的变电站典型设计方案、配电站典型设计方案、线路典型设计方案等。通用设计方案则主要包括变电站、配电站、线路等组成模块的施工设计。近年来提出并得到推广应用的供电模式是规划设计阶段的典型设计模式。本文供电模式为界定了电网结构、供电单元和电网装备等供电系统主要组成要素的电网规划设计方案，深度介于电网规划与初步设计之间，属于典型设计范畴。供电模式以电网规划理论、规程规范为支撑,在电压等级匹配、供电半径优化、电网布局优化等基础上,对电网结构、供电单元和电网装备等供电系统主要组成要素进行优化配置。供电模式将典型设计拓展到了电网规划设计领域。目前施工设计阶段和初步设计阶段的典型设计方案服务于供电单元的标准化建设,供电模式则从电网建设的源头入手，服务于全供电系统的标准化建设。在应用供电模式编制某地区电网规划方案时，需要以该地区用电需求为出发点。区域供电充分考虑各区域供电需求的差异化，以供电区域需求为核心制定区域电网规划方案，在各子区域规划的基础上形成全规划区的规划方案。区域供电思想可概括为：按照区块功能、地理环境、行政区划等条件将供电区划分为不同层次、相互关联而又相互独立的供电区域的实际情况。综合考虑负荷、经济、资源、环境、技术等多方面因素，分情况采用合理的电压等级、电网结构、设备型式、生产管理及用电服务技术手段;考虑供电区域特别是相邻、相嵌套区域的供电系统的相互影响及制约因素，采用由下至上的规划设计顺序（即先规划较低电压等级电网再规划较高电压等级电网）制定各供电区域的电网规划方案，最后通过优化组合制定全供电区的电网规划方案。电网规划设计具有以下特点：（1）电网之间相互影响又相互独立。（2）各供电区域/用户的电系统之间相互影响又相互独立。（3）各级变电所/配电站的分布由用户/供电区域或下级电网决定。（4）电网接线/结构出上级电网及本级变电所的分布情况决定。以上特点表明在规划某电压等级或区域/用户电网时可相对独立地规划另一电压等级或区域/用户电网，同时也表明完全可以由下往上制定电网规划方案，而电网接线特别是高压电网接线需要考虑上、下级电网布局,即在规划中需要考虑上、下级电网的相互影响。电网规划设计特点表明从用户/区域出发采取由下至上的顺序进行规划具有理论及技术的可行性，电网规划设计实践也证明了基于区域供电的电网规划设计方法符合电网发展规律，切实可行并且易于实施。3.对本课题自己的见解地区电网与发电厂规划设计内容分为：确定发电厂发电机、主变压器型号、参数，发电厂及变电站电气主接线设计、制定无功平衡方案，确定各节点补偿容量、输电网络潮流分布的计算、地区电网经济投资计算及比较，地区电网优选接线方案的确定、短路计算、主要设备的选择及校验、常规继电保护等部分。 重点难点及要解决的问题是：在本课题中，设计的重点是发电厂电气主接线以及电网的接线方式的确定，因为它们的可靠性、经济性和灵活性直接影响着整个电网的可靠性、经济性和灵活性。还影响着厂用电设计、短路计算、设备的选择校验等内容。同时它们也是进行潮流计算、经济性比较以及短路计算的前提，也是本设计的核心所在。而其中的潮流计算又是重中之重，它的计算结果是表明输电网络功率与电压分布的状态。是判断接线方案可行性的依据。另外，短路计算部分也是本次设计的重要部分，它的准确性影响着设备的选择及校验，也影响到整个网络的经济性与安全性。难点在于潮流计算时对等值电路的理解，前推回代法的应用以及对负荷估算的准确性。此外，短路计算中作等值电抗图以及化简也是难点之一。本次设计要解决的问题是：通过电气主接线、电力网络方案的确定及经过经济性比较后最终所选出的方案中选取可靠性比较高的为最后方案。本次设计是本着可靠性和安全性的原则来完成的。4.课题研究的步骤方法根据主接线可靠性、灵活性与经济性，初选两个主接线方案，技术经济比较选出一个最佳方案；再进行电气主接线设计，发电厂方案设计，厂、所用电的设计，再确定厂站用电的接线方式；接着选择进行潮流计算，及输配线路的网络的潮流计算；然后确定对电气设备的选择及其校验。最后确定地区电网潮流分部图，电气总平面布置图与配电装置得设计。毕业设计的基本思想及设计工作步骤如下：（1）主接线的设计：发电厂的主接线是保证电网的安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。 电气主接线的设计原则是：应根据发电厂在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。（2）主变压器的选择：发电厂200MW及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足 DL50002000 火力发电厂设计技术规程的规定：“变压器容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温度或冷却水温度不超过 65的条件进行选择”。（3）电网最优方案的选择：根据地理位置。可以列出多个地区接线方案。根据就近送电，安全可靠，电源不要我点等原则，初步选定两个比较合理的方案，进行技术经济比较。在确定比较方案后，分别对两个方案进行潮流计算，得到各个点的电压以及负荷，在满足供电要求的前提下，再进行投资计算，主要包括电能损耗、线路投资、变电所和发电厂投资、年运行费用等部分。在计算完成后选择综合投资较少的方案为地区电网的接线方案。（4）短路电流的计算：短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性短接。短路电流计算是发电厂和变电所电气设计的主要计算项目，它涉及接线方式及设备选择校验，设计中的重点是对等值电抗图的化简和理解。 （5）电气设备的选择：选择并校验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等，选用设备的型号。 正确的选择电气设备的目的是为了导体和电器无论在正常情况或故障情况下，均能安全、及经济合理的运行、在进行设备选择时，应根据工程实际情况、在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥的采取新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。 （6）主变压器继电保护的设计：继电保护是保证系统安全和设备可靠运行的关键装置之一。当电力系统和设备发生故障时，继电保护应准确、可靠快速的切出故障，保证系统和设备的安全发供电，并能保证其他设备的正常继续运行。 为防止变压器发生各类故障和不正常运行造成的不应有的损失以及保证电力系统安全连续运行，变压器应设置相应的保护。论文进度安排和采取的主要措施： 1.总的工作任务安排按时完成开题报告，完成电网规划的接线方案以及发电厂电气主接线的制定，编写符合要求的的毕业论文，画出符合要求的数学模型图，说明说不少于15000字，查阅参考文献，总结优缺点，完成毕业论文。根据给定的地理数据以及负荷大小，初步制定出两套地区接线方案进行经济性比较，最后选择出综合投资较少的方案，对其进行短路计算，设备选型以及继电保护。最后按要求写出设计说明说，完成毕业设计。 2.进度安排（1）2014年11月17日12月25日，搜集、阅读相关资料；（2）2014年12月25日2015年1月15日，确定课题设计的主要方法；（3）2015年1月15日2月5日，整理设计思路，编写开题报告；（4）2015年2月5日2月10日，制定详细的设计步骤；（5）2015年2月10日3月1日，进行数学计算；（6）2015年3月1日4月15日，撰写论文，完成论文初稿；（7）2015年4月15日5月1日，送指导老师审查和修改论文；（8）2015年5月1日5月15日，修改论文，完成论文的撰写；（9）2015年5月15日5月25日，准备论文答辩。 3.预期结果按设计任务书的要求，完成毕业设计的全部工作，通过经济性比较最终确定出最佳的接线方案，并对之进行短路计算以及设备的选型、继电保护。最后确定出的方案能满足供电的安全性、可靠性，具有较高的可行性和参考价值。 4.提交成果 提交成果形式：设计说明书一份，开题报告一份，外文翻译一份，绘制发电厂主接线图一张，最大负荷潮流分布图一张。主要参考资料和文献： 1王士政.电力系统控制与调度自动化.北京：中国电力出版社,2008. 2王士政.发变电站电气工程.北京：中国水利水电出版社,2009. 3王士政.电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程.北京:中国水利水电出版社,2007. 4卓乐友.电力工程电气设计.北京:中国电力出版社,1991. 5陈珩.电力系统稳态分析（第三版）.北京:中国电力出版社,2007.6尹克宁.电力工程.水利电力出版社,1987.7陈连.发电厂电气工程.水利电力出版社,1987.8刘介才.工厂供电.机械工业出版社,1987.9电力工业部.电力规划设计院.电力系统设计手册M.中国电力出版社.2001.10西北电力设计院.电力工程设计手册M.中国电力出版社.2003.指导教师意见： 签 名： 年 月 日教研室意见负责人签名：年 月 日学 院 意 见负责人签名：年 月 日摘 要本次设计的主要内容分为：确定火电厂和水电厂的发电机型号、参数，确定发电厂的主变压器，确定发电厂的电气主接线，地区电力网络接线方案的潮流计算，通过技术、经济比较确定地区电力网络接线方案，优选方案短路电流计算，主要设备的选择与校验，继电保护配置等内容。设计中首先对火电厂变压器容量的选择进行了计算，根据计算结果选择合适的变压器。然后根据地区的电源情况和负荷情况，拟出两个地区的接线方案。通过地区电网的功率平衡计算，导线截面积计算及校验，地区电网的潮流计算以及接线方案总投资和年运行费用的计算，比较两个方案的可行性和经济性，最终选择最佳方案。其次对优选方案进行了短路电流计算，通过计算对设备选型。最后对系统进行常规继电保护，它为系统安全运行提供了保障。关键词：电力网络；主接线；潮流计算；短路计算。0AbstractThe main content of this design is divided into: determine the type of generator, parameters of thermal power plants and hydropower plants, determine the main transformer power plant, determine power plant main electrical wiring, wiring scheme of area power network power flow calculation, through technical, economic comparison to determine the regional power network connection scheme, scheme optimization calculation of short-circuit current, select and check the main equipment, relay protection configuration etc. The design of the first thermal power plant transformer capacity was calculated according to the calculation results, select the appropriate transformer. Then according to the situation of the power and the load area, a connection scheme of two regions. The power balance of the regional power grid computing, wire section area calculation and verification, regional power flow calculation and connection scheme of total investment and the annual operation cost calculation, feasibility and economy of the two options, the final selection of the optimum scheme. Secondly, the short-circuit current calculation of the optimized scheme, through calculation and selection of equipment. The conventional relay protection system, it provides the guarantee for the safe operation of the system.Keywords: power network; main wiring; power flow calculation; short circuit calculation.第一章 绪论1.1电力系统概述电力工业是国民经济发展的基础工业，随着经济建设的发展，发电设备的容量也在相应增大。为了更好的保证安全运行，经济运行，并保证电能质量，电力系统运行越来越依靠自动控制的提高。由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成了电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置（主要包括锅炉、汽轮机、发电机及厂辅助生产系统等）转化成电能，再经输、变电系统及配电系统将电能供应到各负荷中心。由于电源点与负荷中心多数处于不同地区，也无法大量储存，电能生产必须时刻保持与消费平衡。因此，电能的集中开发与分散使用，以及电能的连续供应与负荷的随机变化，就制约了电力系统的结构和运行。据此，电力系统要实现其功能，就需在各个环节和不同层次设置相应的信息与控制系统，以便对电能的生产和运输过程进行测量、调节控制、保护、通信和调度，确保用户获得安全、经济、优质的电能。电能是一种清洁的二次能源。由于电能不仅便于输送和分配，易于转换成为其他的能源，而且便于控制、管理和调度，易于实现自动化。因此，电能已经广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面。绝大多数电能都由电力系统中发电厂提供，电力工业已经成为我国实现现代化的基础，得到迅猛发展。截止2014年底，我国发电机装机容量达136019万千瓦。工业用电量已占全部发电的70%，是电力系统的最大电能用户，供配电系统的任务就是企业所需电能的供应和分配。电力系统的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用，推动了社会生产各个领域的变化，开创了电力时代，发生了第二次技术革命。电力系统的规模和技术水准已成为一个国家发展经济水平的标志之一。1.2毕业设计的主要内容及基本思想本次毕业设计的主要内容是某地区电网规划及XX发电厂电气部分设计。1.2.1.设计的主要内容、功能及技术指标1.电源情况某市拟建一座XX火电厂，容量为，TMAX取6500h。该厂部分容量的20%供给本市负荷；10kV负荷16MW；35kV负荷26MW，其余容量都汇入地区电网供给地区负荷。同时，地区电网又与大系统相连。地区原有水电厂一座，容量为，取4000h；没有本地负荷，全部供出汇入地区电网。2.负荷情况地区电网有两个大型变电所：变电所1负荷为，取5000h。变电所2负荷为，取5800h。（均有一、二类负荷，约占50%，最小负荷可取40%）3.气象数据本地区最热月平均气温33，年最高温度41。4.地理位置数据如下图所示（图中1cm代表30km）：变电所1与新建火电厂之间距离有150公里，新建火电厂与大系统之间距离有135公里，大系统与变电所2之间距离有35公里，变电所2与水电厂之间距离有105公里，大系统与水电厂之间距离有114公里。5.设计内容 （1）根据提供资料，选定火电厂发电机，确定火电厂电气主接线等。（2）制定无功平衡方案，确定各节点补偿容量。（3）拟定地区电网接线方案。（4）确定导线截面，计算网损及电压降落。（5）进行相关计算和校验。（6）按通常情况实施继电保护。6.成果提交设计计算说明书一份、地区电网最大负荷潮流分布图一张，新建电厂电气主接线一张。1.2.2毕业设计的基本思想及设计工作步骤1.主接线的设计发电厂的主接线是保证电网的安全可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。电气主接线的设计原则是：应根据发电厂在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。2.主变压器的选择发电厂200MW及以上机组为发电机变压器组接线时的主变压器应满足DL50002000火力发电厂设计技术规程的规定：“变压器容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂用变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温度或冷却水温度不超过65的条件进行选择”。3.地区电网接线方案的拟定根据地理位置。可以列出多个地区接线方案。根据就近送电，安全可靠，电源不要我点等原则，初步选定两个比较合理的方案，进行技术经济比较。在此过程中可通过线路首端的估算功率与经济电流密度可初选出导线规格，然后进行校验并最终选定导线的规格。4. 地区电网潮流计算根据拟定的接线方案分别进行潮流计算，确定出各个节点的功率、电压，然后计算出两种接线方案的投资并进行比较，最终确定最佳的地区电网接线方案。 5.短路电流的计算短路就是指不同电位的导电部分包括导电部分对地之间的低阻性连接。短路电流计算是发电厂和变电所电气设计的主要计算项目，它涉及接线方式及设备选择。工程要求系统调度或系统设计部门提供接入本电厂和变电所的各级电压的的综合阻抗值，由电气专业负责计算。进行短路计算的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。三相短路是危害最严重的短路形式，因此，三相短路电流是选择和校验电器和导体的基本依据。6.电气设备的选择选择并校验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等，选用设备的型号。正确的选择电气设备的目的是为了使导体和电器无论在正常情况或故障情况下，均能安全、经济、合理的运行。在进行设备选择时，应根据工程实际情况、在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥的采取新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。7.主变压器继电保护的设计继电保护是保证系统安全和设备可靠运行的关键装置之一。当电力系统和设备发生故障时，继电保护应准确、可靠快速的切出故障，保证系统和设备的安全发供电，并能保证其他设备的正常继续运行。为防止变压器发生各类故障和不正常运行造成的不应有的损失以及保证电力系统安全连续运行，变压器应设置相应的保护。84第二章 新建火电厂发电机、主变压器及电气主接线的确定2.1电厂发电机、变压器的选择2.1.1火电厂发电机的选型汽轮发电机由汽轮机直接耦合传动，励磁机是向汽轮发电机提供励磁的设备。1.冷却方式采用的冷却方式，定子绕组和转子有空冷、水内冷和氢冷等。在转子氢内冷系统中，又有轴向通风等多种方式。2.励磁方式发电机容量在100MW以上的普遍采用同轴交流励磁机经静止半导体整流励磁方式。 3.选择型号 50MW机组：QFQ-50-2 型号含义：22级 50额定容量 QF汽轮发电机 Q氢外冷 125MW机组：QFS-125-2 型号含义：22级 125额定容量 QF汽轮发电机 S水内冷2.1.2水电厂发电机的选型1.冷却方式水轮发电机在300MW及以下，利用空气作冷却介质对定子，转子绕组及定子铁芯表面进行冷却，是我国目前采用的主要冷却方式。2.励磁方式我国水轮发电机普遍采用的是自并励快速励磁方式。3.型号选择水电厂容量为260MW，拟选用型号为SF60-90/9000水轮发电机2台。 型号：SF60-90/9000 型号含义：SF立式水轮发电机 60额定容量60MW 90磁极对数 9000机座外径9000mm 发电机参数见附表2.1、2.2。 2.2变压器的选型电力变压器（文字符号为T或TM），根据国际电工委员会的界定，凡是三相变压器的额定容量在5kVA及以上，单相的在1kVA及以上的输变电用变压器，均成为电力变压器。电力变压器是发电厂和变电所中重要的一次设备之一，随着电力系统电压等级的提高和规模的扩大，电压升压和降压的层次增多，系统中变压器的总容量已达发电机容量的7-10倍。可见，电力变压器的运行是电力生产中非常重要的环节。主变压器在电气设备投资中所占比例较大，同时与之相适应的配电装置，特别是大容量、高电压的配电装置的投资也很大。因此，主变压器的选择对发电厂、变电所的技术性影响很大。例如，大型大电厂高、中压联络变压器台数不足（一台）或者容量不足将导致电站、电网的运行可靠性下降，联络变压器经常过载或被迫限制两级电网的功率交换。反之，台数过多，容量过大将增加投资并使配电装置复杂化。2.2.1容量计算及变压器选型1.容量的计算及确定连接在发电机电压母线与系统间的主变压器容量，应按下列条件计算： （1）当发电机电压母线上负荷最小时，能将发电机电压母线上的剩余有功和无功容量送入系统，但不考虑稀有的最小负荷情况。 （2）当发电机电压母线上最大一台发电机组停用时，能由系统供给发电机电压的最大负荷。在电厂分期建设过程中，在事故断开最大一台发电机组的情况下，通过变压器向系统取得电能时，可以考虑变压器的允许过负荷能力和限制非重要负荷。 （3）根据系统经济运行的要求，而限制本厂的输出功率时能供给发电机电压的最大负荷。 （4）按上述条件计算时，应考虑负荷曲线的变化和逐年负荷的发展。特别注意发电厂初期运行时当发电机电压母线负荷不大时，能将发电机电压母线上的剩余容量送入系统。 （5）发电机电压母线与系统连接的变压器一般为两台。对装设两台变压器的发电厂，当其中一台主变推出运行时，另一台变压器应承担70%的容量。具体计算的过程如下：A.125MVA发电机采用双绕组变压器直接升压至110kV。按发电机容量选择配套的升压变压器： （2.1）因此125MVA发电机输出采用容量为150000kVA的双绕组变压器，变比为13.8/121，型号为SFP7-150000/110。 型号的含义：SFP三相风冷式强迫有循环 7设计序号 150000额定容量（kVA） 110高压绕组电压等级（kV）B.10kV母线上有16MVA供本市负荷，同时厂用电取5%，则两台升压变压器的总功率为： （2.2） 两台50MW的发电机剩余容量采用两台变压器输出，两台变压器互为备用，当一台故障或检修试，另一台可承担70%的负荷，故每台的容量计算如下： （2.3） 选用两台容量相近的63000kVA三绕组变压器，变比为10.5/38.5/121，型号为SFSZ7-63000/110。 型号的含义：SFS三相风冷式三绕组 Z有载调压 7设计序号 63000额定容量（kVA） 110高压绕组电压等级（kV）2.水电厂主变压器容量的选择水电厂发电机组为60MW，用电很少，仅占总容量的1%，则 （2.4） （2.5）选用容量为90000kVA的双绕组变压器的输出，变比为13.8/121，型号为：SFP7-90000/110。变压器主要参数见附表2.3 3.绕组连接方式的确定变压器的连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有Y型和型，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。三相变压器的一相绕组或连接成三相组的三相变压器的相同电压的绕组连接成星型、三角型时，对高压绕组分别以字母Y或D表示，对中压或低压绕组分别以字母y或d表示。如果星型连接或曲折型连接的中性点是引出的，则以YN表示，带有星三角变换绕组的变压器，应在两个变换间已“-”隔开。我国110kV以上电压，变压器的绕组都采用Y连接。35kV以下电压，变压器绕组都采用连接。2.3新建火电厂电气主接线的确定电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身的运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关。并且对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大的影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线的方案。发电厂的电气主接线是保证电力网安全、可靠、经济运行的关键，是电气设备布置、选择、自动化水平和二次回路设计的原则和基础。2.3.1电气主接线的重要性首先，电气主接线图是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据，因此电气运行人员必须熟悉本厂电气主接线土，了解电路中各种电器设备的用途、性能及维护、检察项目和运行的步骤。其次，电气主接线表明了发电机、变压器、断路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。电气主接线直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定。是发电厂电气部分投资大小的决定性因素。再次，由于电能生产的特点是：发电、变电、输电、用电在同一时刻完成的，所以主接线的好坏，直接关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，也直接影响到工农业生产和人民生活。所以电气主接线的拟定是一个综合性的问题，必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进，经济合理，安全可靠。2.3.2电气主接线的主要要求电气主接线的设计原则是：根据发电厂在电力系统的地位和作用，首先应满足电力系统的可靠运行和经济调度的要求。根据规划容量、本期建设规模、输送电压等级、进出线回路数、供电负荷的重要性、保证供需平衡、电力系统线路容量、电气设备性能和周围环境及自动化规划与要求等条件确定。应满足可靠性、灵活性和经济性的要求。（1）可靠性：衡量可靠的标准，一般是根据主接形式主要设备操作的可能方式，按一定的规律计算出“不允许”事件发生的规律，停运的持续时间期望值等指标，对几种主接线形式中择优。所谓“不允许”事故，是指发生故障后果非常严重的事故，如全部电源进线停运、主变压器停运，全场停电事故等。供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。（2）灵活性：是指在调度时，可以灵活的投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修运行方式以极特殊运行方式下的系统供电要求；在检修时，可以方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，而不致影响电力网的运行和对用户的供电；在扩建时，可以容易的从初期接线扩建到最终接线，在不影响供电或停电时间最短的情况下，投入新机组、变压器或线路，并对一次和二次部分的改建工作量最少。（3）主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器等一次设备，要使控制、保护不过于复杂，要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器，做到投资省。合理的选择主变压器的种类（双绕组、三绕组或自耦变等）容量、台数，避免两次变压而增加电能的损失。电器主接线选择时要为配电装置的布置创造条件，尽量使占地面积减少。2.3.3主接线的设计1.毕业设计的技术背景和设计依据 （1）电厂规模装机容量:装机3台，容量为。机组利用年小时数:气象条件：本地区最热月平均气温33，年最高温度41。厂用电率：5% （2）负荷情况该厂部分容量的20%供给本市负荷；10kV负荷16MW；35kV负荷26MW，其余容量都汇入地区电网供给地区负荷。同时，地区电网又与大系统相连。地区原有水电厂一座，容量为，取4000h；没有本地负荷，全部供出汇入地区电网。地区电网有两个大型变电所：变电所1负荷为，取5000h。变电所2负荷为，取5800h。（均有一、二类负荷，约占50%，最小负荷可取40%） （3）地理位置数据如下图所示（图中1cm代表30km）：图2.1 地理位置示意图变电所1与新建火电厂之间距离有150公里，新建火电厂与大系统之间距离有135公里，大系统与变电所2之间距离有30公里，变电所2与水电厂之间距离有105公里，大系统与水电厂之间距离有114公里。2.出线回路数的确定根据地理位置数据及各负荷具体情况，可以拟定由新建火电厂供给变电所1全部负荷，而变电所2负荷则由地区原有水电厂供给，两厂剩余电量均汇入大系统。变电所1与变电所2均有一、二类负荷，所以两电厂出线均选用双回出线，而火电剩余电量较多，到大系统也可选用双回出线，水电厂到大系统则采用单回出线。 3.火电厂主接线的确定 方案一：A.110kV电压等级的方案选择：由于110kV电压等级的电压馈线数目是4回，所以在本方案中的可选择的接线形式是单母线分段接线。单母线的优点如下：母线经断路器分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；一段母线故障（或检修）时，仅停故障（或检修）段工作，非故障段仍可继续工作。B.35kV电压等级的方案选择：由于35kV电压等级的电压馈线数目是2回，所以35kV电压等级的接线形式可以选择单母线接线形式。由于单母线接线本身的简单、经济、方便等基本优点，采用设备少、投资省、操作方便、便于扩建和采用成套配电设备装置，所以35kV电压等级的接线形式选择为单母线接线。C10kV电压等级的方案选择由于10kV电压等级的电压馈线数目是2回，所以10kV电压等级的接线形式可以选择单母线接线形式。由于单母线接线本身的简单、经济、方便